CN102649632B

CN102649632B - 一种煤沥青混合料及其制备方法

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Publication number: CN102649632B
Application number: CN 201210110612
Authority: CN
Inventors: 曹东伟; 张海燕; 杨志峰; 唐国奇; 范勇军; 何敏
Original assignee: BEIJING KELUTAI TECHNOLOGY Co Ltd; Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: BEIJING KELUTAI TECHNOLOGY Co Ltd; Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2032-04-16
Also published as: CN102649632A

Abstract

一种煤沥青混合料，包括道路煤沥青与矿料，道路煤沥青与矿料的重量比为6-3∶94-97；其中，道路煤沥青的组成按质量比为：煤沥青10-80％，石油沥青15-76％，烷基酸或者烷基酸盐3-8％，低分子量聚乙烯2-6％。本发明还公开了上述煤沥青混合料的制备方法。本发明的煤沥青混合料在拌合、施工时温度比热拌沥青混合料降低20-30℃；可以明显减少沥青烟气的排放，达到了抑制煤沥青毒性效果；减少了沥青的热氧老化，达到了节能减排的目的。所得到的煤沥青混合料更容易压实，铺筑的路面密实度、水稳定性、高温性能、低温性能等指标不低于相同级配的热拌沥青混合料。

Description

一种煤沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，尤其是涉及适用于道路工程建设的一种可低温施工、节能的煤沥青混合料。

本发明还涉及上述煤沥青混合料的制备方法。

背景技术

随着我国交通量及荷载的日益加重，对道路等级及沥青路面使用质量的要求越来越高。与此同时随着国际原油价格的不断攀升，石油及相关产品供需矛盾日益突出，而我国又是煤炭资源大国，利用煤炭资源代替相关石油产品将是我国未来发展主要趋势。我国目前煤沥青的产量已达200万吨，占煤焦油总量的50％以上。而且煤沥青资源价格低廉，还没有较好的高附加值利用。

目前，绝大多数沥青路面是通过热拌沥青混合料来实现的，其拌合和施工温度很高，一般来说基质沥青需要加热至160℃，如果采用改性沥青，拌合温度还要提高20℃以上。从另外的角度来看，沥青在高温及有氧的情况下，老化不可避免；沥青和集料加热到160-180℃的高温，必然消耗大量的能源燃料。

煤沥青是一种含有多环芳烃的复杂组分化合物，其中所含的多环芳烃(如蒽、菲、芘、苯并芘)等有毒物质在热拌沥青混合料施工过程中排放，易于造成环境污染和人员健康的影响，特别是其中的沥青和沥青烟中所含的3，4苯并芘又是引起皮肤癌、肺癌和食道癌的主要原因之一。

由于热拌沥青混合料的拌合温度高，在拌合及摊铺时并不适合于含有煤沥青的加工。而且，沥青混合料的性能对于道路工程的耐久型及其长期性能有重要影响。综上所述，如何既能利用价格低廉的煤沥青资源，又能满足沥青混合料的制备加工工艺，并保证道路的长期使用性能，是目前科研机构集中研究的一个方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可低温施工、节能的煤沥青混合料。

本发明的又一目的在于提供一种制备上述煤沥青混合料的方法。

为实现上述目的，本发明提供的煤沥青混合料，包括道路煤沥青与矿料，道路煤沥青与矿料的重量比为6-3∶94-97；其中，道路煤沥青的组成按质量比为：

煤沥青10-80％；

石油沥青15-76％；

烷基酸或者烷基酸盐3-8％；

低分子量聚乙烯2-6％。

所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的石油沥青为满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油A级沥青。

所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的煤沥青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的煤沥青，软化点75-120℃，甲苯不溶物含量小于15％。

所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的煤沥青为粉碎后过筛的煤沥青粉末，为60-200目。

所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的烷基酸或者烷基酸盐的结构式为CxHyOzMn，x＝12-20，y＝30-80，z＝2-10，n＝1-2，M为钠、镁、钙、锌或钡。

所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的低分子量聚乙烯是指分子量为1000-4000的聚乙烯。

本发明提供的制备上述煤沥青混合料的方法，主要步骤为：

1)先将质量比为10-80％煤沥青加热至软化流动，再加入质量比为15-76％的石油沥青，在100-120℃下，加入质量比为3-8％的烷基酸或者烷基酸盐，质量比为2-6％低分子量聚乙烯，用高速剪切机在剪切速率为2000-3000r/min，剪切20-30分钟下剪切得到道路煤沥青；

2)将道路煤沥青加热至120-130℃，矿料加热至140-145℃，道路煤沥青与矿料的重量比为6-3∶94-97搅拌均匀后得到煤沥青混合料。

所述的制备方法，其中，烷基酸或者烷基酸盐的结构式为CxHyOzMn，x＝12-20，y＝30-80，z＝2-10，n＝1-2，M为钠、镁、钙、锌或钡。

所述的制备方法，其中，低分子量聚乙烯是指分子量为1000-4000的聚乙烯。

所述的制备方法，其中，道路煤沥青与矿料的拌合时间为20-90秒。

本发明通过煤沥青、石油沥青、烷基酸盐和低分子聚乙烯共混调配制备得到道路煤沥青，再将道路煤沥青与矿料混合制备成煤沥青混合料。与现有技术相比，本发明的煤沥青混合料不但提高了道路煤沥青的高温性能及对石料粘附性，而且有效的降低施工温度，减少沥青烟的排放，并获得了储存稳定的沥青制品，适合道路低温施工工程的开展。

附图说明

图1是70#基质沥青粘温曲线；

图2是实施例3粘温曲线；

图3是实施例7粘温曲线。

具体实施方式

本发明的目的是改善煤沥青和石油沥青混合时的不相容，稳定性差及热拌过程中沥青烟及其有毒组分的释放，提供一种低温施工，降低混合料摊铺过程中沥青烟释放的煤沥青混合料及其备方法。

本发明的技术方案是提供一种道路煤沥青，并将本发明的道路煤沥青与矿料混合制备成煤沥青混合料。

具体地说，本发明的煤沥青混合料是由道路煤沥青与矿料组成，其中道路煤沥青与矿料的重量比为6-3∶94-97；道路煤沥青的组成按质量比为：煤沥青10-80％，石油沥青15-76％，烷基酸或者烷基酸盐3-8％，以及低分子量聚乙烯2-6％。

本发明的道路煤沥青的制备方法，其具体实施步骤如下：

先将质量份数为10-80％煤沥青加热至软化流动，再加入质量份数为15-76％的石油沥青，在100-120℃下，加入3-8％的烷基酸或者烷基酸盐，2-6％低分子量聚乙烯，用高速剪切机在剪切速率为2000-3000r/min，剪切20-30分钟下剪切得到道路煤沥青。以下实施例为本发明制备道路煤沥青的具体实施例。

实施例1

将质量比77％的70#基质石油沥青加热至150℃，加入质量比15％的破碎过筛后煤沥青粉末，搅拌待煤沥青溶于石油沥青，加入3％的烷基酸镁，5％低分子量聚乙烯，以4000r/min的速度剪切20min，溶解均匀即制得道路煤沥青产品。

实施例2

将质量比82％的70#基质石油沥青加热至130℃，加入质量比10％的破碎过筛后煤沥青粉末，搅拌待煤沥青溶于石油沥青，加入4％的烷基酸锌，4％低分子量聚乙烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤沥青产品。

实施例3

将质量比75％的70#基质石油沥青加热至130℃，加入质量比15％的破碎过筛后煤沥青粉末，搅拌待煤沥青溶于石油沥青，加入6％的烷基酸钠，4％低分子量聚乙烯，以4000r/min的速度剪切25min，溶解均匀即制得道路煤沥青产品。

实施例4

将质量比75％的70#基质石油沥青加热至130℃，加入质量比15％的破碎过筛后煤沥青粉末，搅拌待煤沥青溶于石油沥青，加入8％的烷基酸钠，2％低分子量聚乙烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤沥青产品。

实施例5

将质量比75％的70#基质石油沥青加热至150℃，加入质量比15％的破碎过筛后煤沥青粉末，搅拌待煤沥青溶于石油沥青，加入5％的烷基酸镁，5％低分子量聚乙烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤沥青产品。

实施例6

将质量比70％的70#基质石油沥青加热至130℃，加入质量比20％的破碎过筛后煤沥青粉末，搅拌待煤沥青溶于石油沥青，加入2％的烷基酸钠，3％低分子量聚乙烯，以4000r/min的速度剪切30min，溶解均匀即制得道路煤沥青产品。

实施例7

将质量比70％的70#基质石油沥青加热至150℃，加入质量比20％的破碎过筛后煤沥青粉末，搅拌待煤沥青溶于石油沥青，加入4％的烷基酸钠，6％低分子量聚乙烯，以4000r/min的速度剪切20min，溶解均匀即制得道路煤沥青产品。

性能测试

试验方法按照交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》，分别对原石油沥青、以及上述实施例1-7制备得到的产品1-7进行软化点、25℃针入度和135℃布氏粘度的测试。测试结果见表1。

从表1可以看出，改性沥青的软化点较基质沥青有所升高，同时针入度略有降低，说明沥青的高温性能得到提高。同时135℃布氏粘度较基质沥青有较明显降低，说明施工时能够有效降低拌合温度，利于施工。

煤沥青混合料的制备：

1)将实施例1-7中任何一种道路煤沥青加热至125℃，矿料加热至135℃。需要说明的是，本发明的重点是提供道路煤沥青，在制备煤沥青混合料中所采用的矿料为满足交通行业相应标准的砂石材料，矿料级配也按道路等级的公知技术进行。

2)将加热的道路煤沥青投入拌和机中开始拌合，当沥青喷洒完成后添加粉状的矿料，道路煤沥青与矿料的重量比为6-3∶94-97，最终拌合成沥青混合料。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》对实施例3、7及70号基质石油沥青沥青的混合料采用AC-20级配进行常规马歇尔性能、水稳定性能、高温稳定性能对比测试。其中，高温稳定性通过车辙动稳定度指标来体现。

从表2、表3、表4的测试结果可以看出，本发明的煤沥青混合料的马歇尔稳定度值较70号石油沥青有所提高；道路煤沥青混合料的水稳定性能得到改善，其中实施例3煤沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比相比70号石油沥青提高2.8％和14％；实施例3和实施例7的煤沥青混合料动稳定度相比70号石油沥青分别提高了41.7％和80.7％；说明道路煤沥青高温稳定性能大幅提高，抗车辙能力显著增强。

采用本发明的道路煤沥青混合料在较低温度下成型的沥青混合料高温稳定性、水稳定性显著优于同条件下热拌基质沥青混合料，说明采用本发明可以降低道路煤沥青的拌合温度，而不会消弱混合料的性能指标，具有良好的“温拌”效果。

粘温曲线及经济效果分析

通过粘温曲线(图1、图2、图3)和表5中温度-粘度数据对比，实施例3和实施例7的拌合温度降低10℃左右，但粘温曲线的数据反映的是70号基质石油沥青的推荐拌合及压实温度。混合道路煤沥青的推荐拌合温度根据粘温曲线及实践经验确定，经试验确定实施例3和实施例7的拌合温度约降低20-30℃。

总之，采用降低拌合温度的温拌煤沥青混合料各项性能指标不低于热拌石油沥青混合料，在高温稳定性方面还得到了较显著改善；由于降低了施工温度，施工难度降低，施工质量更容易保证。研究表明，采用此技术可明显降低热沥青的燃油消耗，根据实际工程测量(表6)，煤沥青混合料拌和温度从150℃降低到120℃，加热用燃油消耗可从6.4kg/t降低到5.3kg/t，实际降耗17％。

表1：各实施例沥青的性能

表2：马歇尔试验体积指标

表3：水稳定性测试

表4：车辙动稳定度指标测试结果

编号	动稳定度(mm/次)
		70#基质沥青混合料	1041
实例3混合料	1476
		实例7混合料	1881

表5：各实施实例温度-粘度数据检测结果

编号	120℃	135℃	150℃
				70#基质	0.759	0.335	0.175
实例3	0.526	0.254	0.132
				实例7	0.534	0.266	0.143

表6：沥青拌合站燃油消耗情况

混合料类型	出料温度	燃油消耗量	节能
				热拌石油沥青混合料	150	6.4	-
实施例3	120	5.3	17％

Claims

1.一种煤沥青混合料，包括道路煤沥青与矿料，道路煤沥青与矿料的重量比为6-3∶94-97；其中，道路煤沥青的组成按质量比为：

煤沥青10-80％；

石油沥青15-76％；

烷基酸或者烷基酸盐3-8％；

低分子量聚乙烯2-6％。

2.根据权利要求1所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的石油沥青为满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求的道路石油A级沥青。

3.根据权利要求1所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的煤沥青为煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的煤沥青，软化点75-120℃，甲苯不溶物含量小于15％。

4.根据权利要求1或3所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的煤沥青为粉碎后过筛的煤沥青粉末，为60-200目。

5.根据权利要求1所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的烷基酸或者烷基酸盐的结构式为CxHyOzMn，x＝12-20，y＝30-80，z＝2-10，n＝1-2，M为钠、镁、钙、锌或钡。

6.根据权利要求1所述的煤沥青混合料，其中，所述道路煤沥青中的低分子量聚乙烯是指分子量为1000-4000的聚乙烯。

7.制备权利要求1所述煤沥青混合料的方法，主要步骤为：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，烷基酸或者烷基酸盐的结构式为CxHyOzMn，x＝12-20，y＝30-80，z＝2-10，n＝1-2，M为钠、镁、钙、锌或钡。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，低分子量聚乙烯是指分子量为1000-4000的聚乙烯。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，道路煤沥青与矿料的拌合时间为20-90秒。